一种基于超表面的多衍射级独立光波场调控方法技术

本发明专利技术公开的一种基于超表面的多衍射级独立光波场调控方法，属于微纳光学和全息术应用领域。本发明专利技术对于各向异性结构阵列能够在对应的偏振通道中产生相位调控，对于各项同性的结构阵列能够在预定入射偏振状态下获得相位调控。利用改进的迭代优化算法计算得到，用于多衍射级独立光波场调控的超表面全息相位分布。根据得到的相位分布，设计确定超表面元件上微纳结构阵列中每一个结构的几何尺寸，由此生成微加工文件。本发明专利技术能够实现级次间的解关联，从而实现对不同级次的光波场进行独立调控。本发明专利技术能够突破衍射级次的信息关联性，提高衍射器件的光波场调控能力，可应用于光束整形、光势控制、光信息存储及光学加密等领域。光信息存储及光学加密等领域。光信息存储及光学加密等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面的多衍射级独立光波场调控方法


[0001]本专利技术涉及一种基于超表面的多衍射级独立光波场调控方法，更具体涉及基于优化算法将不同调控信息编码到各个衍射级次中，属于微纳光学和全息术应用领域。

技术介绍

[0002]超表面光学元件是一种具有亚波长结构的新型光新型光学元件。与传统折反射、衍射光学元件通过光程积累实现设计功能不同，由于亚波长人工结构与光具有很强的相互作用，超表面光学元件能够实现诸多特异的功能、实现微米亚微米厚度对光波场的各个参量进行调控。将设计灵活的全息术引入超表面光学元件中，进一步提升了超表面元件对光的操控能力，特别是复用超表面全息技术能够利用振幅、相位、偏振、频率、入射角度、轨道角动量等通道，将更多的功能集成在一个超表面元件上。
[0003]目前，超表面元件已经可以实现诸多光学调控功能。通过精心设计超表面结构单元(超原子)，可以实现光束折叠与分束；利用共振纳米结构能够实现对将不同级次衍射效率的均一化；利用超表面光栅结构阵列可以实现多光子量子态的测量与重建；通过优化各向异性的超原子结构，能够实现全斯托克斯矢量探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的多衍射级独立光波场调控方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：设计微纳结构单元；首先根据实际需求中的偏振态：正交线偏振光、或正交圆偏振光或正交圆偏振光，以及透射或者反射、选择超表面微纳单元结构的类型与单元结构构成材料；根据实际所需的最大衍射角度θ
max
与波长λ，利用光栅方程：2psinθ
max
＝λ
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(1)确定单元结构最大周期为p；此外，需要根据实际加工工艺条件，确定单元结构高度；具体设计通过正向设计实现：在确定工作波长、结构周期与高度的基础上，利用电磁仿真软件或者程序扫描选定的结构类型的几何尺寸；并由此建立针对两个正交偏振态P1和P2入射、出射光的，复振幅透射系数或者复振幅反射系数查找表t
P1
和t
P2
；步骤二：设计0级衍射相位分布；具体的，在环节一中，将0级衍射光波场的调控信息带入Fidoc算法，按照振幅限制条件：其中A表示目标图像振幅，表示带入第k+1轮计算的振幅，表示第k轮重建得到的振幅，g和γ为可调优化系数，通过迭代优化过程得到0级衍射对应的相位分布步骤三：设计调控相位；然后，对所需的M
×
N个衍射级次中，除0级外的光波场调控信息进行编码，M和N分别代表所需的水平x和竖直y方向衍射级次数量；根据波动光学中的光波在自由空间中的传播方程与步骤一中确定的λ与p，将所需的除0级外的其它衍射级次中的光波场调控信息，逆向传播至全息图平面；所得到的各个复振幅分布除以后，按照所在级次与调控相位函数之间倍数关系，进行归一化处理：以1倍的级次的相位信息为基准，第(m,n)级衍射的相位信息与应其存在(am+bn)倍的关系，其中a和b分别x和y方向的级次调控系数，即对于第t次迭代时的空间点(x0,y0)，若满足关系其中K为整数，则需要对第(m,n)级衍射的相位做如下运算：该运算即称为相位归一化；对各个衍射级次的信息进行加权叠加，然后保留的相位分布，即为当前迭代轮次中的相位调控函数将该函数所示相位分别放大(am+b...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，黄玲玲，张雪，赵睿哲，王涌天，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：